خنک کنندگي N + 1 راهکاري ويژه مراکز داده ها

تاریخ: 95/1/15

افزونگي N + 1 طراحي سيستمي با بهترين عملکرد است چراکه خطاي تجهيزات اتفاق مي‌افتد؛ ما توقع رخ دادنش را داريم و در مورد آن برنامه‌ريزي مي‌کنيم. در موضوع خنک کردن مرکز داده، ما توقع اين را داريم که يک واحد تهويه هواي اتاق کامپيوتر (CRAC) در مواقعي از کار بيفتد با طراحي سيستم به شيوه N + 1 ما يک واحد تهويه هواي اتاق کامپيوتر يدکي براي جايگزين شدن داريم. مشکلي عمده در مورد اين چشم‌انداز متراکم خنک‌کنندگي، خطر از دست‌رفتن يک دالان خنکي در حين تعويض ترکيب واحد تهويه هواي اتاق کامپيوتر يا بر اثر نارسايي CRAC است و اين خطر با محدودسازي دالان خنکي تشديد مي‌شود. خوش‌بختانه ما به‌سادگي و به شيوه‌اي با صرفه اقتصادي مي‌توانيم اين خطر را با قطعات پوششي (کاشي‌هاي) فن‌دار جابه‌جاکننده هوا در دالان‌هاي خنکي مديريت کنيم.

پشت سر هم مي‌نويسيم اپراتورها درباره اين حرف مي‌زنند که چگونه عوض کردن ترکيب CRAC موجب مشکلات جريان هواي خنک‌کننده مي‌شود. بيشتر اين اظهارنظرها از محيط‌هاي خارج از رده مي‌آيند، گرچه ما آنها را از مراکز داده جديد هم شنيده‌ايم. به شکل جالب توجهي، بسياري اپراتورها در وصل کردن نقاط ميان مشکل جريان هوا و افزونگي N + 1 بسياري اپراتورها تنها يک CRAC دارند که جرات خاموش کردنش را ندارند و هنوز مي‌پندارند که واحد CRAC يدکي‌شان به آنها افزونگي N + 1 را مي‌دهد. در تجربه ما، حدود يک چهارم مراکز داده با اندازه کوچک تا اندازه متوسط از اين تصور غلط آسيب مي‌بينند؛ افزونگي N + 1 آنها تنها بر روي کاغذ است.

اقدام متعادل کننده

نمي‌توانم به شما بگويم چندبار اظهارنظرهايي را مانند «ما نياز داريم که واحد CRAC شماره 3 را به‌صورت تمام وقت روشن نگه داريم وگرنه اتاق بيش از حد مجاز داغ مي‌شود» يا «وقتي CRAC شماره 6 را براي تعميرات خاموش مي‌کنيم در بخش شمالي قسمت‌هايي داغ مي‌کنند» شنيده‌ام. اين مشکلات نشان‌دهنده رفتار معمول جريان هوا در محيط‌هاي با کف کاذب است:

 CFM (فوت مکعب در دقيقه) در دالاني بسيار وابسته به موانع و فشار زير کف است.

حجم زيادي از CFM وارد شده به دالان توسط نزديک‌ترين CRAC (CRAC تاثيرگذار) کشيده مي‌شود.

تعويض ترکيب CRAC در CFM رسيده به يک دالان نوسان‌هاي شديدي ايجاد مي‌کند.

ممکن است تأمين کلي هوا کافي باشد اما تأمين هواي برخي ناحيه‌ها کافي نباشد (مشکل توزيع).

  با اين دانسته‌ها، يک نفر مي‌تواند به‌سادگي ببيند که چگونه تغييري در ترکيب CRAC مي‌تواند فشار زير کف را به اندازه کافي براي ايجاد خطر قابل توجه حادثه دمايي زيان‌باري تغيير دهد.

  وقتي ما به مناسب بودن خنک‌کنندگي، يعني امنيت گرمايي و مشکلات پيشگيري فکر مي‌کنيم، از لحاظ شرايط معمول کار کردن و شرايط نارسايي است و هر دو سناريو بسيار پويا هستند. در شرايط معمول کار کردن، ما با تغييرات عادي نياز و تأمين خنک‌کنندگي در اتاق مواجه‌ايم در حالي که ترکيب CRAC بدون تغيير باقي مي‌ماند. در شرايط نارسايي، ما با تغيير بزرگي در فشار زير کف مواجه‌ايم در حالي که CRAC از خط خارج مي‌شود و واحدي يدکي وظيفه‌اش را به عهده مي‌گيرد.

در شرايط کار کردن معمول، تغييرات عادي در تأمين و نياز به جريان هوا خطر خارج شدن از تعادل و فقدان يک دالان هوا را ايجاد مي‌کنند. نياز به خنک‌کنندگي در سطح قفسه (rack)، سطح دالان و سطح اتاق متفاوت است و مي‌تواند به سرعت يا به کندي نوسان کند. براي مثال، پژوهش‌گري که مشغول کار محاسباتي سنگيني است مي‌تواند به سرعت دماي يک يا چند قفسه سرورهاي پردازشگر اعداد را بالا ببرد. يا کارشناس فناوري اطلاعات ممکن است قفسه اي 10 کيلو واتي را به جاي قفسه‌اي 2 کيلو واتي بگذارد اما فراموش کند که آن را به نيروهاي تاسيسات يادآوري کند. اين تغييرات در نياز به خنک‌کنندگي کمتر آشکاري در تأمين خنک‌کنندگي ايجاد مي‌کنند. زماني که نياز به خنک‌کنندگي در دالاني افزايش مي‌يابد، تغييرات در جريان هوا بر موجودي در دسترس دالان‌هاي مجاور تأثير مي‌گذارد. چنين تغييراتي در نياز و تأمين در حين عمليات‌هاي معمولي بر فشار زير کف تأثير مي‌گذارد و مي‌تواند موجب دالاني با فشار کم ناحيه‌اي شود.

در شرايط نارسايي، فقدان يک واحد CRAC و جايگزيني با واحد اضافي N + 1 موجب تغييري در فشار زير کف مي‌شود، چراکه تأمين خنک‌کنندگي براي هر قفسه بيشترين تأثير را از نزديک‌ترين CRAC مي‌پذيرد و با توجه به ويژگيهاي وضعيت زير کف، تغييري در CRAC ها مي‌تواند موجب ناحيه‌اي با فشار پايين و حتي قفسه‌هاي فاقد خنک‌کنندگي شود. ممکن است منبع خنک‌کننده مناسب باشد، اما به خاطر مشکل توزيع، فشار پايين ناحيه‌اي و حتي فقدان خنک‌کنندگي قفسه‌اي اتفاق مي‌افتد. در اين مورد، حتي اگر CRAC اضافي N + 1 همان‌طور که برنامه‌ريزي شده بود در شبکه قرار گيرد، بهترين چيزي که مي‌توانيم بگوييم اين است که سايت تنها افزونگي ناحيه‌اي دارد.

درست کردن مشکل با فن

خوش‌بختانه دست‌يابي به افزونگي واقعي N + 1 و کاهش خطر نارسايي خنک‌کننده که توضيح داده‌ايم مي‌تواند به‌سادگي با استفاده کردن از پوشش‌هاي داراي فن که به‌صورت ناحيه‌اي جريان هوا را تعديل مي‌کنند، حل شود. قطعات فن دار کف کاذب، همچون پوشش‌هاي فن‌دار کف کاذب «فراست بايت»، سرعت خود را براي رساندن هواي خنک به قفسه‌اي بر اساس دماي دريافتي از حسگرها يا تفاوت فشاري در برابر نقطه معين مورد نظر، تغيير مي‌دهند. با تعدادي از اين پوشش‌هاي داراي جابه‌جاکننده هوا در دالان خنک موجودي، مقدار صحيح هواي خنک براي تعديل خطر گرمايي حاصل از تغييرات اجتناب‌ناپذير تأمين و نياز خنک‌کنندگي طي عمليات عادي و شرايط نارسايي تأمين مي‌شود.

اين پوشش‌هاي فن‌دار اکتيو با قالبي با عملکرد بالا، فن‌هاي جريان مستقيم داراي سرعت قابل تغيير در محفظه‌اي آلومينيومي به استانداردي 60 درصدي از قطعات کف کاذب چسبيده است. به شکل معمول حسگري دمايي در پيش روي قفسه‌هاي سرور فن‌ها را کنترل مي‌کند. به روش ديگر، حسگرهايي که تفاوت فشار ميان درون و بيرون قفسه سرد قرار گرفته در محفظه را اندازه مي‌گيرند فن‌ها را کنترل مي‌کنند. اين معماري قطعات فن دار به شکل خودکار قفسه‌هاي سرد را متعادل مي‌سازد و خطر در مضيقه گرمايي قرار گرفتن را از بين مي‌برد و امنيت گرمايي را بهبود مي‌بخشد.

ديگر مزاياي قطعات پوششي فن دار

راه‌حل ديگري براي متعادل‌سازي نياز و تأمين خنک‌کنندگي روش ساده تأمين خنکي بيش از حد براي يک قفسه است، اما با تاکيد کنوني بر بهره‌وري انرژي، روزگار تأمين بيش از حد خيلي وقت است که گذشته است. در واقع، بهره‌وري انرژي عامل عمده مقابله با محدودسازي قفسه است، گرچه حتي همراه با وجود محدوديت، به علت چالش‌هاي متعادل سازي گاهي هنوز شاهد تأمين بيش از حد خنکي هستيم. با قطعات پوششي فن دار، اين سناريوهاي باقي مانده تأمين بيش از حد مي‌تواند کاهش يافته يا از بين رفته و وعده بهره‌وري کامل محدوديت قفسه خنک را به ثمر برساند.

به علاوه، با متعادل‌سازي خودکار با استفاد از کف‌پوشهاي فن دار، اپراتورها درنتيجه از بين رفتن متعادل‌سازي دستي روزمره به صرفه‌جويي در نيروي کار دست مي‌يابند. روزگار قدم زدن درون اتاق و عوض کردن پوشش‌هاي سوراخ دار به سر رسيده است. کف‌پوشهاي فن‌دار اکتيو نياز به تحليل قفسه‌ها با کلاهکي متعادل‌کننده (به عبارتي، بالومتر جريان هوا) را براي حصول اطمينان از تطابق کامل CFM (فوت مکعب در دقيقه) با بار IT از بين مي‌برند. به همين ترتيب، چون شرايط در اتاق و قفسه‌هاي بسيار پوياست، تحليل ديناميک سيالات محاسباتي (CFD) براي اهداف مربوط به متعادل سازي منسوخ شده است چراکه CFD تنها تصويري لحظه‌اي مبتني بر تاريخ از جريان هوا را فراهم مي‌کند که ممکن است ديگر مناسب نباشد.

نهايتاً، اگر قطعات پوششي فن دار با سيستم برق اضطراري تغذيه شوند، درصورت از دست رفتن کامل خنک‌کنندگي بر اثر قطعي برق، مي‌توانند زمان عمل کردن بيشتري را تضمين کنند. در شرايط نارسايي خنک‌کنندگي بحراني، فضاي اشغال‌شده زير کف، ذخيره‌اي از هواي خنک را، گرچه بدون فشار يا جريان هوا، در خود نگه مي‌دارد. کف‌پوش‌هاي فن‌داري که با برق اضطراري کار مي‌کنند مي‌توانند هواي خنک را از درون اين فضاي سرد بگيرند و به گردش بياورند. آزمايش نشان مي‌دهد که دماي هواي تأمين‌شده از طريق کف‌پوش‌هاي فن دار، حتي با خاموش بودن تمامي CRAC ها، براي بيش از 10 دقيقه ثابت مي‌ماند.

فوايد متعادل‌سازي خودکار و حل کردن مشکل توزيع که کف‌پوش‌هاي فن‌دار اکتيو فراهم مي‌کنند به اپراتورها اجازه مي‌دهد که از افزونگي واقعي N + 1 بهره‌مند شوند. کف‌پوش‌هاي فن‌دار فوايد اضافي قابل توجهي در مرکز داده‌اي با محدوديت قفسه خنک ارائه مي‌دهند: حتي بزرگ‌تر از ذخيره‌سازي انرژي، متعادل‌سازي ناحيه‌اي و امنيت گرمايي.

 

منبع: بولتن خبری پیشرو نگار هدف